Автономный округ является одним из крупнейших по территории субъектом Российской Федерации. Он входит в состав Тюменской области. Площадь территории автономного округа составляет 769,3 тыс. км2, что соответствует 4,5% территории страны и 52,5% территории Тюменской области.
Территория автономного округа занимает арктическую зону Западно-Сибирской равнины, а также восточные склоны гор Полярного и Приполярного Урала. Значительную часть территории автономного округа составляют полуострова Ямал, Тазовский и Гыданский, разделенные Обской и Тазовской губами. В состав территории автономного округа также включена группа островов в Карском море (острова Белый, Шокальского, Вилькицкого, Неупокоева, Олений и др.). Протяженность автономного округа с севера на юг составляет 1150 км, с запада на восток - 1130 км.
Вся территория автономного округа относится к территории Крайнего Севера (более половины территории автономного округа находится за Полярным кругом). Природно-климатические условия Крайнего Севера оказывают значительное влияние на жизнедеятельность людей, развитие всего комплекса производственной и социальной инфраструктуры.
Северная граница автономного округа, проходящая по Карскому морю и Обской губе, является государственной границей Российской Федерации. На северо-западе автономный округ граничит с Ненецким автономным округом, Архангельской областью, на западе - с Республикой Коми. На юге проходит граница с Ханты-Мансийским автономным округом - Югрой, на востоке – с Красноярским краем.
Климат автономного округа характеризуется суровой продолжительной зимой (в среднем 182 - 224 дня), частым прохождением волн холода, а также циклонами, сопровождающимися сильными бурями и метелями. Суровость климата объясняется положением автономного округа в высоких широтах и близостью Северного Ледовитого океана, что проявляется в неравномерном поступлении суммарной солнечной радиации в течение года, низких зимних температурах воздуха (средняя температура января от -22 С до -26 С, min-56°С, средняя температура июля +4 С - +14 С, max+35°С) и больших годовых амплитудах температур.
Территория автономного округа относится к зонам наибольшего (тундра и лесотундра) и повышенного (северная тайга) дискомфорта климата. Вся территория автономного округа входит в зону ультрафиолетового дефицита.
Несмотря на суровые природно-климатические условия, в автономном округе сформированы благоприятные условия для жизни, включая высокий уровень социального обеспечения, качественное образование и медицинское обслуживание, а также развитую жилищно-коммунальную инфраструктуру.